近日，我在精密测量院工作的团队取得了一项重要进展，我们成功探测了以往被认为是“NMR不可观测”的骨架三配位铝物种，这些物种在沸石分子筛催化剂中的Lewis酸性特征被我们揭示出来。沸石分子筛作为一种广泛应用于石油化工、精细化工和环境化工的固体酸催化剂，其优良的催化性能与其独特的酸性紧密相关。
通常，沸石分子筛中Bronsted酸位由桥式羟基构成，而Lewis酸位则包括非骨架铝或金属引入所形成的非骨架铝和金属物种。不过，对于骨架三配位Al的Lewis酸性特征，研究一直相对较少。这主要是因为这种配位不饱和Al含量低，以及由于高度不对称导致27Al四极相互作用强烈，NMR谱线展宽严重，因此一般认为这些物种是不可以通过NMR检测到的。
在我们的研究中，我们通过吸附三甲基氧膦（TMPO）探针，将这类难以观测到的材料转变为可观测的扭曲四配位铝。在实验中，我们使用二维27Al多量子和二维31P{1H}异核相关实验来观察TMPO探针吸附到H-ZSM-5分子筛上，并且发现存在不同的Al物种以及不同位置上的31PNMR信号。结合前期开发的一系列高灵敏度异核相关NMR技术，我们得到了关于TMPO探针与分子筛之间31P-27Al交互关系的大量信息，从而确认了H-ZSM-5中存在两类由骨架三配位Al构成的Lewis酸，它们占据总数约为11.6%。
此外，我们还利用二维27Al-27Al同核双量子相关实验结合DFT理论计算进一步证实了B/L协同效应，即Bronsted及Lewis共存时产生更强大的超级弱碱反应中心。该工作首次实现了对这些难以检测到的Lewis酸中心及其作用机制进行直接表征，为理解沸石分子的催化行为提供了新的见解。此文已发表在Chem.Sci.杂志上，由辛少辉博士担任第一作者，与王强研究员、邓风研究员共同通讯，并获得国家自然科学基金委、中科院等机构支持。
